气动风门（精选3篇）
气动风门 篇1
赵固二矿是焦煤与宝钢合资新建的大型现代化矿井, 设计生产能力为180万t/a。矿井通风方式为中央并列式, 通风方法为抽出式, 风井安装了2台MAF-2600/1500-1GQ轴流式主要通风机。矿井总回风为6 203 m3/min, 负压为2 000 Pa。矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井, -850 m以浅为无突出危险区。采掘工作面采用综采、综掘采掘工艺。
综采、综掘采掘工艺需要大型的采掘设备。在施工风门时, 选取风门的面积较大, 以适应通过大型设备的需要。但由于矿井风压大, 风门前后压差大, 风门开启困难, 容易出现风门伤人事故。因此, 研制了气动风门和气动控制闭锁装置, 解决了风门开启困难和风门闭锁问题。
1设计思路
气动风门采用人工操作, 井下压缩空气作为动力, 通过气缸伸缩来带动风门开关。在每个风门两侧, 各安装有操作阀。人员走近风门时, 操作阀门, 气缸收缩, 风门打开。通过风门后, 操作另一个阀门, 气缸伸出, 风门关闭。一组风门中的2道风门必须具有闭锁装置, 一个风门打开后, 另一个风门气缸闭锁, 风门不能打开。操作流程如图1所示。气动风门控制原理如图2所示。
2风门受力测试
2.1风门受力状态分析
正常情况下, 2道风门处于关闭状态, 作用在风门上力的大小与风门两侧风压差和风门的面积有关。风压差越大, 风门面积越大, 开启风门所需要的力就越大;反之, 风压差越小, 风门面积越小, 开启风门所需要的力就越小。风门开启后, 风门两侧风压相等, 继续开启风门只需要很小的力即可。因此, 通过测量风门两侧风压差就可知道开启风门所需要的力。
2.2测试仪器
测试仪器为JFY-2型矿井通风参数检测仪。该仪器是一种能同时测量井下绝对压力、相对压力、风速、温度、湿度的精密手持式便携式仪器。该仪器的防爆类型为矿用本质安全型。防爆标志为ExibⅠ, 可适用于煤矿井下。
2.3测试结果及受力计算
部分风门前后压差及压力计算见表1。
3气缸的选择
(1) 气缸类型。
气压传动中, 将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件称为气缸。作往复直线运动的气缸按驱动方式可分为单作用气缸和双作用气缸2种。①单作用气缸:仅一端有活塞杆, 从活塞一侧供气聚能产生气压, 气压推动活塞产生推力伸出, 靠弹簧或自重返回。②双作用气缸:从活塞两侧交替供气, 在1个或2个方向输出力。
在井下, 需要控制风门的开和关2种状态, 因此, 选用双作用气缸来驱动风门。
(2) 气缸缸径。
赵固二矿井下压缩空气管路中, 压缩空气的压强为0.5 MPa, 根据风门受力测试结果, 打开风门需要的力按1 641.6 N计算, 据气缸理论出力表 (表2) 查出, 选用Ø80 mm的气缸最为合适。
注:A为推力, B为拉力, 单位均为N。
4气动控制闭锁装置
为使2个气缸不同时动作, 避免风流短路现象, 对2个气缸实现了气动闭锁。当1#气缸活塞杆收缩, 打开风门时, 气缸给出1个气信号, 控制2#气缸的总气源, 2#气缸因无压缩空气而不能动作;当1#气缸活塞杆伸出, 关闭风门时, 对2#气缸解锁;当2#气缸活塞杆收缩, 打开风门时, 气缸给出1个气信号, 控制1#气缸的总气源, 1#气缸因无压缩空气而不能动作;当2#气缸活塞杆伸出, 关闭风门时, 对1#气缸解锁, 从而实现气动闭锁。气动闭锁装置通过气控阀来实现, 设计时, 将所有的控制装置集中在一起。使用时应注意以下几点。
(1) 只有当一道风门完全关闭时, 另一个风门才会解锁。因此, 要加强职工培训, 必须等第1道风门完全关闭时, 再去开下一道风门。
(2) 要保证压缩空气的质量, 若压缩空气中杂物过多, 则易损坏闭锁装置。因此, 要加装空气过滤装置。
5结语
气动风门采用压缩空气控制, 无任何电气设备, 安装及维护简单, 尤其在高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井, 可以避免电气设备失爆的问题。目前, 该风门已申报国家发明专利。
摘要：为解决煤矿井下风门开启困难的问题, 设计了气动风门及气动闭锁装置。介绍了矿井气动风门及气动闭锁装置的设计思路, 阐述了其工作原理及使用中应注意的事项。该气动风门及闭锁装置采用压缩空气控制, 无任何电气设备, 安装及维护简单, 适合在瓦斯矿井使用, 尤其在高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井, 可以避免电气设备失爆的问题。
关键词：机械化矿井,气动风门,气动闭锁
气动风门 篇2
目前, 泉店煤矿布置有2个综采工作面和17个开拓掘进工作面, 矿井总进风量10 780 m3/min, 风压 (负压) 2 900～3 000 Pa。主要进回风都设有2～3道永久风门。为了开关方便, 在风门上安装卸压窗, 同时增加配重, 但负压过大, 需要3～4人同时用力才能打开, 给行人、运输带来不便, 对安全也不利。随后又试用了多数高风压矿井应用效果较好的自动无压风门, 但泉店煤矿的巷道多数设在砂质泥岩中, 地压较大、巷道变形量大, 无压风门受压变形, 无法使用, 现已报废4套, 不适合泉店煤矿使用。为此, 研制了手控气动式风门开关装置。
1设计方案的确定
新的开关装置产生的力应能克服通风负压产生的力, 所使用的设备材料简单, 同时能利用井下的一些资源;重要的是能满足于木质单扇风门, 既便于安装操作又经济, 同时也应符合安全生产要求。经过多种方法试验, 最后确定采用人工控制气缸, 再利用气缸的伸缩杆带动风门, 达到安全开启风门的目的。该装置 (简称“手控气动式开关装置”) 原理如图1所示。
如果需要打开风门时, 将手阀顺时针拨动, 压风通过手阀、三通、管路2进入气缸, 伸缩杆回缩拉动风门, 从而将风门打开;如需要关闭风门时, 逆时针拨动手阀, 压风通过手阀、三通、管路1进入气缸, 伸缩杆伸出, 推动风门关闭, 从而将风门关闭。手阀1和手阀2安装在风门两侧, 从而使风门两侧均能打开和关闭。需说明的是, 目前使用的手阀不能自动复位, 每次开门或关门后, 都要将手阀复位, 否则无法打开风门。
2气缸的选型
为保证气缸的拉力能把风门打开, 气缸的选型很重要。首先确定风门两端的风压差, 再用力学公式和圆面积公式计算出气缸的直径。
以泉店矿东翼充电硐室回风联巷风门为例, 东翼充电硐室回风联巷为木质风门, 风门上开有卸压窗, 当主要通风机负压为3 kPa时, 由于东翼充电硐室风门位于总进风和总回风之间, 风门前后静压差达1.46 kPa, 即使打开风门上的卸压窗, 单人开启风门仍然很困难。由于风门前后巷道变形量可以忽略, 风门前后巷道基本平直, 根据伯努利方程[1]:
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得出风门受到压力基本来自于静压差, 木风门的规格为 2 000 mm×2 200 mm, 得到风门两端的压力达6 424 N。考虑风门自身阻力, 所以需要气缸至少能产生6 500 N的推力和拉力。
由于泉店矿井下风门处风管压力一般维持在0.45 MPa以上, 根据公式F=Pa×S, S=πR2, 计算出气缸的直径。可以算出至少需要Ø135.6 mm的气缸, 根据市场上现有的气缸性能指标和风门的自重问题, 选择了Ø150 mm的气缸。
3安装说明
该风门开关装置不需要直接与风门固定在一起, 如图2所示 (管路未画出, 可根据巷道形状自行布置) 。利用定滑轮折向连接的原理达到开启风门的目的。如果有必要, 可在牵引钢丝绳上固定1根钢丝绳连接风门的卸压窗, 打开风门前先打开卸压窗, 以确保风门开启的安全顺畅。如出现特殊情况没有压风, 可保证人工将风门打开。
4应用效果
随着技术水平的日益提高及施工工艺的不断提高, 相信该装置会进一步改进, 使用范围也会进一步扩大。该风门开关装置结构简单, 实用经济, 便于安装, 符合安全方面的要求, 同时也解决了人力开启风门困难的问题。以前需要2～3人才能打开的风门, 现在只需轻拨手阀, 风门就自动打开, 1个人也可安全通过风门, 切实解决了生产中的安全问题。该装置已在全矿井推广使用, 适合高负压矿井使用。
参考文献
气动风门 篇3
井下气动风门装置属精密元件, 压风在井下受温度和湿度变化的影响, 通过气动装置时产生水和锈, 经常导致气动装置损坏、卡死等故障, 不仅造成气动风门装置不能正常使用, 而且需要经常检查、维修、更换气动装置元件, 造成大量人力、物力、财力浪费, 同时还带来了安全隐患。为提高气动风门的可靠性, 减少气动风门的故障检修率, 提高通风系统的可靠性, 针对井下存在的这一问题, 设计了气动风门装置水锈处理器。
1 气动风门装置水锈处理器基本结构
气动装置水处理器结构示意图如图1所示。
1.1 主体装置
主体装置设计为圆筒型, 设有进气管、回气管, 两管终端连接快插接头, 进风管接入装置后, 管口面向主体装置内壁, 使气流正对主体装置内壁反弹, 避免损坏过滤网膜。
1.2 过滤装置
在进气管、回气管之间用尼龙材质设置两层过滤网膜 (100 mm) , 过滤网膜采用抽拉式, 便于清洗和更换。过滤网膜可将压风管路内水、锈有效分离, 净化压风, 根据除水锈效果定期清洗或更换过滤网膜[1]。
1.3 排污装置
在水锈处理器下端设置一个球阀, 专门用于排出水锈处理器处理后积存在底部的水锈等杂物, 根据气动装置使用频率和水锈产生量的大小定期清理水锈。
2 气动风门装置水锈处理器基本原理
2.1 压风管路中的空气特点
假设有一盛水容器, 温度保持不变时, 容器内液体气压的上升是有限度的。当蒸气压达到某一定值时, 单位时间内从液面逸出分子的数量恰好等于返回液面分子的数量, 此时液相与气相保持相对的气液平衡 (称为动态平衡) , 这种现象称之为饱和状态[2]。此时的蒸气称为饱和蒸气。饱和蒸气产生的压力称饱和蒸气压, 有时也简称蒸气压。一种物质在一定温度下的饱和蒸气压值是不变的, 对纯物质来说, 饱和蒸气压只决定于液体的性质和温度, 与该物质在气相、液相中的数量无关。
井下压风管路中的气体由空气经压缩机压缩送入管路, 由于受到压缩作用, 空气体积减小, 空气会逐渐达到饱和, 多余的蒸气会凝结, 随着进一步的压缩, 空气始终处于饱和或接近饱和状态。
因为湿空气中水蒸气可视为理想气体, 根据理想气体状态方程[3], 故有:
式中, ρv为绝对湿度, kg/m3;V为湿空气中的水蒸气体积, m3;mv为湿空气中的水蒸气质量, kg;Mv为湿空气中的水蒸气分子量;R0为普氏气体常数;Pv为湿空气中的水蒸气压力, Pa;T为湿空气的温度, K;Rv为水蒸气的气体常数。
2.2 水锈处理器的基本原理
(1) 离心与碰撞原理。高压气流自进气管喷出, 由于出气管与进气管方向相差180°, 造成气流流场在处理器内部发生偏转, 含有饱和水蒸气的气流受到离心力的作用, 水分子与处理器壁面发生碰撞, 凝结成水, 汇集在处理器底部[4];气流流场在发生偏转的时候有一部分气流直接与壁面和处理器底部的水面发生碰撞, 与处理器和水面碰撞的水分子受分子引力的作用而析出[5]。
(2) 过滤原理。气动风门装置水处理器中间使用尼龙布对高压气流进行二次过滤, 由其耐酸碱性, 耐腐蚀性佳, 阻力低, 可反复清洗, 经济性极高, 受离心和碰撞作用未析出的水蒸气被尼龙纱网二次过滤, 过滤的水沿滤网流入处理器底部。
(3) 凝结作用。当水蒸气分压大于同温度同压力下的饱和水蒸气压力时形成过饱和水蒸气, 过饱和水蒸气遇冷就要凝结。由于气动风门装置处理器主体装置采用金属材料, 金属导热系数大, 散热快, 温度比进气口温度低, 在主体装置内形成温度梯度, 饱和水蒸气压力比进气口要低, 饱和高压蒸气由于温度降低而凝结。
3 应用效果分析
3.1 气动风门装置水锈处理器的主要创新点
气动风门装置水锈处理器采用简单的结构, 利用离心与碰撞、过滤、凝结等原理, 可将压风中的水锈有效去除, 该装置有如下特点:
(1) 方便、有效。风门自动装置除水和锈, 大大减少气动风门的维修率和维修工作量, 保证其正常使用的同时减少了劳动量, 提高了气动风门的可靠性。
(2) 简单、可靠。气动风门装置水锈处理器只需在管路上加设一个过滤器即可达到目的, 实施工序简单, 便于拆装和维护。
(3) 经济、实用。气动风门装置水锈处理器结构简单, 加工方便, 由于其成本较低, 处理效果好, 节约大量的人力, 较好地保护了气动风门装置, 因此具有较高的经济实用性。
3.2 气动风门装置水锈处理器经济性分析
(1) 成本分析。每一套气动风门装置水锈处理器包含以下配件:直径为110 mm的管子, 长度为600 mm;8 mm×30 mm螺丝4颗;管子弯头2个;直径12 mm的PVC快插接头2个;100 mm×580 mm尼龙过滤网膜3张。每套成本约200元。
(2) 经济价值计算。某矿共计安装5套气动风门装置水锈处理器, 2009年未使用过滤器之前, 由于气动风门受水锈影响共损坏50个五通 (350元/个) 、两位三通20个 (220元/个) 、锁阀18个 (65元/个) , 共计维修费用23 070元。至2011年使用该处理器后, 平均每年减少五通15个、两位三通8个、锁阀4个, 每年直接节约费用7 270元。
4 结论
通过现场应用表明, 气动风门装置水锈处理器不仅可以提高气动风门可靠性, 减少设备维修率与维修时间, 而且还能在节约大量人力物力的情况下创造良好的经济效益。另外, 气动风门装置水锈处理器既可以应用在井下气动风门上, 还可广泛应用于井下使用压风作为动力的设备上。
参考文献
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